EP2698233A1 - Manipulator umfassend einen Mehrachsroboter und eine Hubeinrichtung - Google Patents

Manipulator umfassend einen Mehrachsroboter und eine Hubeinrichtung Download PDF

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EP2698233A1
EP2698233A1 EP13003939.9A EP13003939A EP2698233A1 EP 2698233 A1 EP2698233 A1 EP 2698233A1 EP 13003939 A EP13003939 A EP 13003939A EP 2698233 A1 EP2698233 A1 EP 2698233A1
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EP
European Patent Office
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lifting device
axis robot
end position
support plate
manipulator
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EP13003939.9A
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und Thomas Geschwetner GbR Jochen
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/02—Arms extensible
    • B25J18/04—Arms extensible rotatable

Definitions

  • the invention relates to a manipulator according to the preamble of claim 1.
  • an industrial robot which is supported by a carrier device with the interposition of a floating storage system, wherein the storage system comprises height compensation systems, by means of which a desired height adjustment of a first carrier plate with which the industrial robot is rigidly connected takes place.
  • the height compensation system comprises height compensation systems, by means of which a desired height adjustment of a first carrier plate with which the industrial robot is rigidly connected takes place.
  • the lifting device with respect to a positioning accuracy of its support plate in a lower end position and in an upper end position at least the precision, which for the multi-axis robot in operation typical and required, wherein the multi-axis robot and the lifting device are electronically controlled or controlled so between the support plate of the lifting device and a base of the lifting device arranged guide means and drive means of the lifting device, the support plate with the multi-axis robot disposed thereon so exactly on the base, in that a work action such as, in particular, gripping or setting down or screwing or riveting or welding can be carried out by the multi-axis robot in a positional accuracy or track accuracy typical of the multi-axis robot, when the support plate of the lifting device is in the lower end position or in the upper end position.
  • a work action such as, in particular, gripping or setting down or screwing or riveting or welding
  • the multi-axis robot of the manipulator can be used both in the lower end position and in the upper end position as a full-value multi-axis robot, so that an operating radius of the multi-axis robot, in which it operates with its typical precision and speed is increased.
  • the lifting device with respect to a positioning accuracy or track loyalty of their support plate in all positions between the lower end position and the upper end position in such a way that it has at least the precision which is typical and required for the multi-axis robot in operation
  • the Multi-axis robot and the lifting device are electronically controlled or regulated so that between the support plate of the lifting device and a base of the lifting device arranged guide means and drive means of the lifting device, the support plate with the multi-axis robot arranged thereon so exactly on the pedestal that even from the multi-axis robot a work action such as particular gripping or settling or screws or rivets or welding in a typical for the multi-axis robot position accuracy or track loyalty is executable when the lifting device in an intermediate position between the unt Heen end position and the upper end position is and / or while the lifting device between the lower end position and the upper end position is moved.
  • a guide means in particular comprises a guide rail and a carriage.
  • a drive means in particular comprises a spindle drive. Due to the distribution of the required drive power to a plurality of drive means, the individual drive means can be structurally kept small and compact. Furthermore, two drive means for emergency operation are still available in case of failure of a drive means.
  • FIG. 1 a side view of a manipulator 1 according to the invention is shown.
  • the manipulator 1 comprises a commercially available multi-axis robot 2, which is also referred to as an industrial robot, and a lifting device 3.
  • the lifting device 3 comprises a base 4 and a support plate 5, wherein the multi-axis robot 2 is carried by the lifting device 3 and is mounted on the support plate 5 ,
  • the multi-axis robot 2 is designed as a 6-axis robot.
  • the lifting device 3 or its support plate 5 is shown standing in a lower end position E1.
  • this lifting operation of the multi-axis robot 2 is raised by the support plate 5, for example, a lifting height H2 of 35 cm, so that the multi-axis robot 2 can now approach up to 35 cm higher points than him from the end position E1 of the lifting device 3 out possible is.
  • the support plate 5 is supported by a lifting column 6, wherein on the lifting column 6, two guide rails 7a, 7b are visible. Furthermore are laterally in front of the lifting column 6 three lifting spindles 8a, 8b and 8c recognizable, which lift the support plate 5.
  • the lifting unit 3 has the shape of a cylinder Z above a base plate BT and is thus optimally adapted to the design of the multi-axis robot 2.
  • the cut lifting column 6 is first recognizable, on which except the guide rails 7a and 7b still a guide bar 7c is fixed.
  • the concentric with a z-direction extending in the vertical axis H3 of the lifting device 3 arranged lifting spindles 8a, 8b and 8c recognizable. Together with motors 12a-12c, these form as spindle drives respectively essential components of drive means 13a-13c of the lifting device 3.
  • the lifting device 3 is connected to a substrate 14 (see FIG. 1 ) firmly connected.
  • n + 1 - axis manipulator n + 1 - axis manipulator
  • control and regulation unit SRE it is provided to form the control and regulation unit SRE in particular by reprogramming and / or hardware-technical supplementation of an existing control unit of the multi-axis robot 2.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a traversing device 17 is shown, on which a symbolically shown lifting device 18 for a multi-axis robot, not shown, from a first position shown by solid lines P1 in a dashed lines shown second position P2 is movable.
  • the traversing device 17 is designed as a linear traversing device and forms with its axis 19 an eighth axis 20 of a in the FIG. 4 only partially illustrated manipulator 21.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Manipulator (1), welcher einen Mehrachsroboter (2) und eine Hubeinrichtung (3) umfasst, wobei der Mehrachsroboter (2) von der Hubeinrichtung (3) getragen wird. Hierbei weist die Hubeinrichtung (3) bezüglich einer Positioniergenauigkeit ihrer Tragplatte (5) in einer unteren Endposition (E1) und einer oberen Endposition mindestens die Präzision aufweist, welche für den Mehrachsroboter (2) im Betrieb typisch und gefordert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Manipulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 10 2006 026 132 A1 ist ein Industrieroboter bekannt, welcher von einer Trägereinrichtung unter Zwischenschaltung eines schwimmenden Lagerungssystems getragen wird, wobei das Lagerungssystem Höhenausgleichssysteme umfasst, mittels welchen eine erwünschte Höhenverstellung einer ersten Trägerplatte mit welcher der Industrieroboter starr verbunden ist, erfolgt. Hierbei ist durch das Höhenausgleichssystem ein Wechsel zwischen einer starren Betriebsstellung und einer schwimmenden Betriebsstellung möglich.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Manipulator vorzuschlagen, welcher durch eine Hubeinrichtung einen Zusatznutzen erfährt.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Manipulator, welcher einen Mehrachsroboter und eine den Mehrachsroboter tragende Hubeinrichtung umfasst, weist die Hubeinrichtung bezüglich einer Positioniergenauigkeit ihrer Tragplatte in einer unteren Endposition und in einer oberen Endposition mindestens die Präzision auf, welche für den Mehrachsroboter im Betrieb typisch und gefordert ist, wobei der Mehrachsroboter und die Hubeinrichtung elektronisch derart gemeinsam gesteuert bzw. geregelt sind und zwischen der Tragplatte der Hubeinrichtung und einem Sockel der Hubeinrichtung angeordnete Führungsmittel und Antriebsmittel der Hubeinrichtung die Tragplatte mit dem darauf angeordneten Mehrachsroboter derart genau an dem Sockel führen, dass von dem Mehrachsroboter eine Arbeitsaktion wie insbesondere Greifen oder Absetzten oder Schrauben oder Nieten oder Schweißen in einer für den Mehrachsroboter typischen Positionsgenauigkeit bzw, Bahntreue ausführbar ist, wenn die Tragplatte der Hubeinrichtung in der unteren Endposition oder in der oberen Endposition steht. Hierdurch ist der Mehrachsroboter des Manipulators sowohl in der unteren Endposition als auch in der oberen Endposition als vollwertiger Mehrachsroboter verwendbar, so dass ein Aktionsradius des Mehrachsroboters, in welchem dieser mit der für ihn typischen Präzision und Geschwindigkeit arbeitet vergrößert wird.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, die Hubeinrichtung bezüglich einer Positioniergenauigkeit bzw. Bahntreue ihrer Tragplatte auch in allen Positionen zwischen der unteren Endposition und der oberen Endposition so auszubilden, dass diese mindestens die Präzision aufweist, welche für den Mehrachsroboter im Betrieb typisch und erforderlich ist, wobei der Mehrachsroboter und die Hubeinrichtung elektronisch derart gemeinsam gesteuert bzw. geregelt sind und die zwischen der Tragplatt der Hubeinrichtung und einem Sockel der Hubeinrichtung angeordnete Führungsmittel und Antriebsmittel der Hubeinrichtung die Tragplatte mit dem darauf angeordneten Mehrachsroboter derart genau an dem Sockel führen, dass von dem Mehrachsroboter auch dann eine Arbeitsaktion wie insbesondere Greifen oder Absetzten oder Schrauben oder Nieten oder Schweißen in einer für den Mehrachsroboter typischen Positionsgenauigkeit bzw. Bahntreue ausführbar ist, wenn die Hubeinrichtung in einer Zwischenposition zwischen der unteren Endposition und der oberen Endposition steht und/oder während die Hubeinrichtung zwischen der unteren Endposition und der oberen Endposition verfahren wird. Hierdurch ist es möglich, beim Anfahren verschiedener Positionen auch die Hubeinrichtung als Antrieb zu verwenden und so Verfahrbewegungen mit einer Komponente in z-Richtung dadurch zu beschleunigen, dass zusätzlich zu einem oder mehreren Antrieben des Mehrachsroboters auch die Antriebsmittel der Hubeinrichtung aktiv sind. Weiterhin kann auch dadurch Verfahrzeit eingespart werden, dass die Tragplatte den Mehrachsroboter nur um das erforderliche Maß anhebt.
  • Es ist auch vorgesehen, die Hubeinrichtung mit wenigstens drei Führungsmittel auszustatten, wobei ein Führungsmittel insbesondere eine Führungsleiste und einen Laufwagen umfasst. Hierdurch kann die Tragplatte besonders spielarm an dem Sockel geführt werden.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, die Hubeinrichtung mit wenigstens drei Antriebsmitteln auszustatten, wobei ein Antriebsmittel insbesondere einen Spindelantrieb umfasst. Durch die Verteilung der erforderlichen Antriebsleistung auf mehrere Antriebsmittel können die einzelnen Antriebsmittel baulich klein und kompakt gehalten werden. Weiterhin stehen beim Ausfall eines Antriebsmittels noch zwei Antriebsmittel für einen Notbetrieb zur Verfügung.
  • Schließlich ist es vorgesehen, den Manipulator mit einer Verfahreinrichtung und insbesondere einer Linearverfahreinrichtung auszustatten, auf welcher die Hubeinrichtung verfahrbar ist. Hierdurch wird ein Aktionsbereich des Manipulators noch weiter vergrößert.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Hierbei zeigt:
    • Figur 1:
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators, bei welchem eine Hubeinrichtung in der unteren Endposition steht;
    Figur 2:
    eine Seitenansicht des in der Figur 1 gezeigten Manipulators, wobei die Hubeinrichtung in der oberen Endposition steht;
    Figur 3:
    einen Schnitt durch die Hubeinrichtung des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Manipulators entsprechend der in der Figur 1 gezeigten Schnittlinie III-III und
    Figur 4:
    eine schematische Darstellung einer Verfahreinrichtung, auf welcher eine Hubeinrichtung in zwei unterschiedlichen Verfahrstellungen gezeigt ist.
  • In der Figur 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators 1 gezeigt. Der Manipulator 1 umfasst einen handelsüblichen Mehrachsroboter 2, welcher auch als Industrieroboter bezeichnet wird, und eine Hubeinrichtung 3. Die Hubeinrichtung 3 umfasst einen Sockel 4 und eine Tragplatte 5, wobei der Mehrachsroboter 2 von der Hubeinrichtung 3 getragen wird und auf der Tragplatte 5 befestigt ist. Der Mehrachsroboter 2 ist als 6-Achsroboter ausgeführt. In der Figur 1 ist die Hubeinrichtung 3 bzw. deren Tragplatte 5 in einer unteren Endstellung E1 stehend dargestellt.
  • Aus dieser unteren Endstellung E1 ist die Hubeinrichtung 3 bzw. deren Tragplatte 5 in eine Pfeilrichtung z in eine in der Figur 2 dargestellte obere Endstellung E2 verfahrbar. Bei diesem Hubvorgang wird der Mehrachsroboter 2 von der Tragplatte 5 beispielsweise um eine Hubhöhe H2 von 35 cm angehoben, so dass der Mehrachsroboter 2 nunmehr um bis zu 35 cm höher liegende Punkte anfahren kann, als ihm dies aus der Endstellung E1 der Hubeinrichtung 3 heraus möglich ist. In der Darstellung der Figur 2 ist erkennbar, dass die Tragplatte 5 von einer Hubsäule 6 getragen wird, wobei an der Hubsäule 6 zwei Führungsleisten 7a, 7b sichtbar sind. Weiterhin sind seitlich vor der Hubsäule 6 drei Hubspindeln 8a, 8b und 8c erkennbar, welche die Tragplatte 5 anheben. Die Hubeinheit 3 weist oberhalb eines Bodentellers BT die Form eines Zylinders Z auf und ist somit optimal an die Bauform des Mehrachsroboters 2 angepasst.
  • In einer in der Figur 3 dargestellten Schnittansicht, welche eine Schnitt entsprechend der in der Figur 1 eingezeichneten Schnittlinie III-III zeigt, ist zunächst die geschnittene Hubsäule 6 erkennbar, an welcher außer den Führungsleisten 7a und 7b noch eine Führungsleiste 7c fixiert ist. Die Führungsleisten 7a bis 7c bilden zusammen mit Laufwägen 9a bis 9c, welche ortsfest an Laschen 10a - 10c des Sockels 4 angeordnet sind, drei Führungsmittel 11a - 11c der Hubeinrichtung 3. Weiterhin sind die konzentrisch zu einer in z-Richtung verlaufenden Hochachse H3 der Hubeinrichtung 3 angeordneten Hubspindeln 8a, 8b und 8c erkennbar. Zusammen mit Motoren 12a - 12c bilden diese als Spindelantriebe jeweils wesentliche Bestandteile von Antriebsmitteln 13a - 13c der Hubeinrichtung 3.
  • Es ist auch vorgesehen, wie in der Figur 2 abgedeutet, die Tragplatte 5 aus der unteren Endposition E1 heraus in Zwischenpositionen anzuheben und den Mehrachsroboter 2 aus dieser Stellung heraus zu betreiben, wobei eine Zwischenposition E1.3 exemplarisch dargestellt ist, in welcher die Tragplatte um eine Höhe H1.3 angehoben ist.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, den Mehrachsroboter 2 zu betreiben während die Hubeinrichtung 3 zum Beispiel aus der Zwischenposition E1.3 in die obere Endposition E2 verfahren wird.
  • Die Hubeinrichtung 3 ist mit einem Untergrund 14 (siehe Figur 1) fest verbunden. Eine Hubachse 15 der Hubeinrichtung 3, auf welcher die Tragplatte 5 angehoben wird, bildet eine siebte Achse 16 des Manipulators 1.
  • Ausschließlich in der Figur 1 ist noch eine Steuer- und Regeleinheit SRE dargestellt, welche mit dem Mehrachsroboter 2 und mit der Hubeinrichtung 3 verbunden ist und diese derart steuert und regelt, dass diese wie ein n + 1 - Achs-Manipulator betrieben werden, wobei "n" für die Zahl der Achsen des Mehrachsroboters 2 stehet und "+ 1" für die Achse der Hubeinrichtung 3 steht. Hierbei ist es vorgesehen die Steuer- und Regeleinheit SRE insbesondere durch Umprogrammierung und/oder hardwaretechnische Ergänzung einer vorhandenen Steuer- und Regeleinheit des Mehrachsroboters 2 zu bilden.
  • In der Figur 4 ist in schematischer Darstellung eine Verfahreinrichtung 17 gezeigt, auf welcher eine symbolisch dargestellte Hubeinrichtung 18 für einen nicht dargestellten Mehrachsroboter aus einer mit durchgezogenen Linien dargestellten ersten Position P1 in eine mit gestrichelten Linien dargestellte zweite Position P2 verfahrbar ist. Die Verfahreinrichtung 17 ist als Linearverfahreinrichtung ausgebildet und bildet mit ihrer Verfahrachse 19 eine achte Achse 20 eines in der Figur 4 nur unvollständig dargestellten Manipulators 21.
  • Die Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr Weiterbildungen der Erfindung im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Manipulator
    2
    Mehrachsroboter
    3
    Hubeinrichtung
    4
    Sockel
    5
    Tragplatte
    6
    Hubsäule
    7a - 7c
    Führungsleiste
    8a - 8c
    Hubspindel
    9a - 9c
    Laufwagen
    10a - 10c
    Lasche
    11a - 11c
    Führungsmittel
    12a - 12c
    Motor
    13a - 13c
    Antriebsmittel von 3
    14
    Untergrund
    15
    Hubachse von 3
    16
    siebte Achse von 1.
    17
    Verfahreinrichtung
    18
    Hubeinrichtung
    19
    Verfahrachse 19
    20
    achte Achse von 21
    21
    Manipulator
    BT
    Bodenteller von 3
    E1
    unteren Endstellung von 3 bzw. 5
    E1.3
    Zwischenposition von 3 bzw. 5
    E2
    obere Endstellung von 3 bzw. 5
    H1.3
    Höhe von E1.3
    H2
    Hubhöhe von E1 auf E2
    H3
    Hochachse von 3
    P1
    ersten Position von 18
    P2
    zweite Position von 18
    SRE
    Steuer- und Regeleinheit
    z
    Richtung
    Z
    Zylinder

Claims (5)

  1. Manipulator (1; 21) umfassend einen Mehrachsroboter (2) und eine Hubeinrichtung (3; 18), wobei der Mehrachsroboter (2) von der Hubeinrichtung (3) getragen wird, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Hubeinrichtung (3; 18) bezüglich einer Positioniergenauigkeit ihrer Tragplatte (5) in einer unteren Endposition (E1) und einer oberen Endposition (E2) mindestens die Präzision aufweist, welche für den Mehrachsroboter (2) im Betrieb typisch und gefordert ist,
    - wobei der Mehrachsroboter (2) und die Hubeinrichtung (3; 18) elektronisch derart gemeinsam gesteuert bzw. geregelt sind und zwischen der Tragplatte (5) der Hubeinrichtung (3; 18) und einem Sockel (4) der Hubeinrichtung (3; 18) angeordnete Führungsmittel (11a - 11c) und Antriebsmittel (13a - 13c) der Hubeinrichtung (3; 18) die Tragplatte (5) mit dem darauf angeordneten Mehrachsroboter (2) derart genau an dem Sockel (4) führen, dass von dem Mehrachsroboter (2) eine Arbeitsaktion wie insbesondere Greifen oder Absetzten oder Schrauben oder Nieten oder Schweißen in einer für den Mehrachsroboter (2) typischen Positionsgenauigkeit bzw. Bahntreue ausführbar ist, wenn die Tragplatte (5) der Hubeinrichtung (3; 18) in der unteren Endposition (E1) oder in der oberen Endposition (E2) steht.
  2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Hubeinrichtung (3; 18) bezüglich einer Positioniergenauigkeit bzw. Bahntreue ihrer Tragplatte (5) auch in allen Positionen zwischen der unteren Endposition (E1) und der oberen Endposition (E2) mindestens die Präzision aufweist, welche für den Mehrachsroboter (2) im Betrieb typisch und erforderlich ist,
    - wobei der Mehrachsroboter (2) und die Hubeinrichtung (3; 18) elektronisch derart gemeinsam gesteuert bzw. geregelt sind und die zwischen der Tragplatt (5) der Hubeinrichtung (3; 18) und einem Sockel (4) der Hubeinrichtung (3; 18) angeordneten Führungsmittel (11a - 11c) und Antriebsmittel (13a - 13c) der Hubeinrichtung (3; 18) die Tragplatte (5) mit dem darauf angeordneten Mehrachsroboter (2) derart genau an dem Sockel (4) führen, dass von dem Mehrachsroboter (2) auch dann eine Arbeitsaktion wie insbesondere Greifen oder Absetzten oder Schrauben oder Nieten oder Schweißen in einer für den Mehrachsroboter (2) typischen Positionsgenauigkeit bzw. Bahntreue ausführbar ist,
    - wenn die Hubeinrichtung (3; 18) in einer zwischenposition (E1.3) zwischen der unteren Endposition (E1) und der oberen Endposition (E2) steht und/oder
    - während die Hubeinrichtung (3; 18) zwischen der unteren Endposition (E1) und der oberen Endposition (E2) verfahren wird.
  3. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (3; 18) wenigstens drei Führungsmittel (11a - 11c) umfasst, wobei ein Führungsmittel (11a - 11c) insbesondere eine Führungsleiste (7a - 7c) und einen Laufwagen (9a - 9c) umfasst.
  4. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (3; 18) wenigstens drei Antriebsmittel (13a - 13c) umfasst, wobei ein Antriebsmittel (13a - 13c) insbesondere einen Spindelantrieb (8a - 8c, 12a - 12c) umfasst.
  5. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator (1; 21) eine Verfahreinrichtung (17) und insbesondere eine Linearverfahreinrichtung umfasst, auf welcher die Hubeinrichtung (3; 18) verfahrbar ist.
EP13003939.9A 2012-08-16 2013-08-07 Manipulator umfassend einen Mehrachsroboter und eine Hubeinrichtung Withdrawn EP2698233A1 (de)

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